EP2056954A1 - Lösungsmittel zur abtrennung von sauren gasbestandteilen aus technischen gasen - Google Patents

Lösungsmittel zur abtrennung von sauren gasbestandteilen aus technischen gasen

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EP2056954A1
EP2056954A1 EP07722955A EP07722955A EP2056954A1 EP 2056954 A1 EP2056954 A1 EP 2056954A1 EP 07722955 A EP07722955 A EP 07722955A EP 07722955 A EP07722955 A EP 07722955A EP 2056954 A1 EP2056954 A1 EP 2056954A1
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Johannes Menzel
Alexander Snell
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ThyssenKrupp Industrial Solutions AG
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Uhde GmbH
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/14—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by absorption
    • B01D53/1493—Selection of liquid materials for use as absorbents
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2257/00—Components to be removed
    • B01D2257/30—Sulfur compounds
    • B01D2257/304—Hydrogen sulfide
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2257/00—Components to be removed
    • B01D2257/30—Sulfur compounds
    • B01D2257/308—Carbonoxysulfide COS
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2257/00—Components to be removed
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    • B01D2257/504—Carbon dioxide
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    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02C—CAPTURE, STORAGE, SEQUESTRATION OR DISPOSAL OF GREENHOUSE GASES [GHG]
    • Y02C20/00—Capture or disposal of greenhouse gases
    • Y02C20/40—Capture or disposal of greenhouse gases of CO2

Definitions

  • the invention is directed to a solvent for the separation of acidic gas constituents from industrial gases, as it can be used in a process in which by means of a liquid sour gas components are washed out of a contaminated technical gas and then regenerates the liquid and in a closed Cycle is returned.
  • the object of the invention is to provide an improved solvent which combines the advantages of the chemical and of the physical absorption agents and enables particularly high loadings.
  • the invention solves the problem by using a liquid for the separation of acidic gas constituents from industrial gases, containing • 0.1 to 100% of an amine or more amines of the formula H 2 N-CH 2 (CHR 2 ) x - (OCH 2 (CHR 3 ) y ) z -OR 1 .
  • R 1 C 1 to C 6 alkyl
  • R 2 H or CH 3
  • R 3 H or CH 3 x: 0 to 3 y: 1 to 3 z: 0 to 10
  • the liquid may also contain residual dissolved constituents of the separated acidic gas constituents as well as impurities.
  • the charged with the acidic gas components technical gas is brought into contact, with conventional methods and devices are used, such as washing columns, membrane contactors, spray scrubbers or the like.
  • the loaded liquid is thereafter usually regenerated in one or more steps, wherein above all stages of depressurization and temperature increase and stripping of the solution by means of a stripping medium in a column are used.
  • the liquid of the invention is suitable for this purpose and can be performed in this way in a closed, continuously operated circuit.
  • the technical gas is considered after the removal of the acidic gas components as purified and can be used for further use.
  • CH 3 (d-alkyl, methyl) is selected as R 1 .
  • H is selected to be equal to 1 and to R 2 .
  • H is selected to be equal to 2 and to R 2 .
  • equal to 1 is selected for y and equal to H for R 3 .
  • a number from 1 to 4, particularly preferably the number 1, is selected for z.
  • the liquid is the component piperazine, also known under the name diethylenediamine, added in an amount up to 10 percent by weight. The preferred embodiment thus results in a liquid of the formula H 2 N- (CH 2 ) 2 -O (CH 2 ) 2 -OCH 3 , which may be diluted with water or another solvent and contains up to 10 percent by weight of piperazine.
  • a CO 2 partial pressure of 0.2 to 2 bar shows a 30 to 50% higher CO 2 uptake, at 5 to 10 bar a 50% higher CO 2 uptake and at 20 bar CO 2 partial pressure even a 75% higher CO 2 uptake for the 85% by weight solution of H 2 N- (CH 2 ) 2 -O (CH 2 ) 2 -OCH 3 over the 50% by weight MDEA solution.

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Abstract

Verwendung einer Flüssigkeit, enthaltend 0, 1 bis 100 % eines Amins oder mehrerer Amine der Formel H<SUB>2</SUB>N-CH<SUB>2</SUB>(CHR<SUB>2</SUB>)<SUB>x</SUB>-(OCH<SUB>2</SUB>(CHR<SUB>3</SUB>)<SUB>y</SUB>)<SUB>z</SUB>-OR<SUB>1</SUB>, mit R<SUB>1</SUB>: C<SUB>1</SUB> bis C<SUB>6</SUB>-Alkyl, R<SUB>2</SUB>: H oder CH<SUB>3</SUB>, R<SUB>3</SUB>: H oder CH<SUB>3</SUB>, x: 0 bis 3, y: 0 bis 3, z: 0 bis 10, 0 bis 99,9% eines beliebigen weiteren Lösungsmittels einschließlich Piperazin und/oder Wasser, zur Abtrennung von sauren Gasbestandteilen aus technischen Gasen.

Description

Lösungsmittel zur Abtrennung von sauren Gasbestandteilen aus technischen
Gasen
[0001] Die Erfindung richtet sich auf ein Lösungsmittel zur Abtrennung von sauren Gasbestandteilen aus technischen Gasen, wie es in einem Verfahren eingesetzt werden kann, in dem mittels einer Flüssigkeit Sauergasbestandteile aus einem verunreinigten technischen Gas ausgewaschen werden und die Flüssigkeit anschließend regeneriert und in einem geschlossenen Kreislauf zurückgeführt wird.
[0002] Verfahren zur Abscheidung von sauren Gasbestandteilen unter Einsatz von Lösungsmitteln sind in großer Zahl bekannt. Dabei wird zwischen chemisch und physikalisch wirkenden Lösungsmitteln unterschieden. Chemisch wirkende Waschmittel sind in der Lage, schon bei kleinen bis mittleren Sauergaspartialdrücken (z.B. 0,1 bis 2 bar) Sauergaskomponenten bei hohen Beladungen effektiv zu entfernen. Bei höheren Sauergaspartialdrücken (z.B. >2 bar) lassen sich mit physikalischen Lösungsmitteln höhere Sauergasbeladungen im Lösungsmittel erzielen, wodurch physikalische Lösungsmittel bei diesen Bedingungen dann von Vorteil sind.
[0003] Als Stand der Technik für die Entfernung von Sauergaskomponenten aus technischen Gasen gilt für chemisch wirkende Lösungsmittel z.B. eine MDEA-Wäsche.
In der als MDEA bezeichneten Wäsche wird als Lösungsmittel beispielsweise eine
50 Gewichts-prozentige Lösung aus Methyldiethanolamin und Wasser zum Zweck der
Sauergasentfernung eingesetzt. Diese Aminkonzentration ist gemäß dem Stand der
Technik als die best-geeignete Konzentration zur Entfernung großer Sauergasmengen bekannt. Als physikalische Lösungsmittel sind z.B. Selexol, Morphysorb, Rectisol, etc. bekannt.
[0004] Die Aufgabe der Erfindung ist es, ein verbessertes Lösungsmittel zur Verfügung zu stellen, welches die Vorteile der chemischen und die der physikalischen Ab- sorptionsmittel vereinigt sowie besonders hohe Beladungen ermöglicht.
[0005] Die Erfindung löst die Aufgabe durch Verwendung einer Flüssigkeit zur Abtrennung von sauren Gasbestandteilen aus technischen Gasen, enthaltend • 0,1 bis 100 % eines Amins oder mehrerer Amine der Formel H2N-CH2(CHR2)x-(OCH2(CHR3)y)z-OR1. mit
R1: C1 bis C6-Alkyl R2: H oder CH3
R3: H oder CH3 x: 0 bis 3 y: 1 bis 3 z: 0 bis 10
• 0 bis 99,9% eines beliebigen weiteren Lösungsmittels einschließlich Wasser. Die Flüssigkeit, soweit sie innerhalb eines geschlossenen Kreislaufs geführt wird, kann ferner noch gelöste Restbestandteile der abgeschiedenen sauren Gasbestandteile sowie Verunreinigungen enthalten.
[0006] Mit dieser Flüssigkeit wird das mit den sauren Gasbestandteilen befrachtete technische Gas in Kontakt gebracht, wobei übliche Verfahren und Vorrichtungen zum Einsatz kommen, etwa Waschkolonnen, Membrankontaktoren, Sprühwäscher oder dergleichen. Die beladene Flüssigkeit wird hiernach üblicherweise in einem oder mehreren Schritten regeneriert, wobei vor allem Stufen der Druckentspannung und Temperaturerhöhung und Strippen der Lösung mittels eines Strippmediums in einer Kolonne zur Anwendung kommen. Die erfindungsgemäße Flüssigkeit eignet sich hierfür und kann auf diese Weise in einem geschlossenen, kontinuierlich betriebenen Kreislauf geführt werden. Das technische Gas gilt nach der Entfernung der sauren Gasbestandteile als gereinigt und kann einer weiteren Verwendung zugeführt werden.
[0007] In einer erfindungsgemäßen Ausgestaltung wird CH3 (d-Alkyl, Methyl) als R1 ausgewählt. In einer weiteren erfindungsgemäßen Ausgestaltung werden für x gleich 1 und für R2 gleich H ausgewählt. In einer weiteren erfindungsgemäßen Aus- gestaltung werden für x gleich 2 und für R2 gleich H ausgewählt. In einer weiteren erfindungsgemäßen Ausgestaltung werden für y gleich 1 und für R3 gleich H ausgewählt. In einer weiteren erfindungsgemäßen Ausgestaltung wird für z eine Zahl von 1 bis 4, besonders bevorzugt die Zahl 1 ausgewählt.
[0008] In weiteren erfindungsgemäßen Ausgestaltungen, in denen CH3 (Ci-Alkyl, Methyl) als R1, x gleich 1 oder 2, und R2 gleich H ausgewählt sind, wird für z gleich 0 ausgewählt. In weiteren erfindungsgemäßen Ausgestaltungen, in denen CH3 (C1-AIRyI, Methyl) als R1 ausgewählt ist, werden für x gleich 1 und für R2 gleich CH3 ausgewählt. Aus letzteren werden in weiteren erfindungsgemäßen Ausgestaltungen entweder für z gleich 0, oder für y gleich 1 , für R3 gleich CH3 und für z gleich 1 ausgewählt. [0009] In einer weiteren erfindungsgemäßen Ausgestaltung wird der Flüssigkeit die Komponente Piperazin, auch unter dem Namen Diethylendiamin bekannt, in einer Menge bis zu 10 Gewichts-Prozent zugesetzt. Als bevorzugte Ausführungsform ergibt sich somit eine Flüssigkeit der Formel H2N-(CH2)2-O(CH2)2-OCH3, welche mit Wasser oder einem anderen Lösungsmittel verdünnt sein kann und bis zu 10 Gewichts-Prozent Piperazin enthält.
[00010] Die Vorteile der Erfindung werden anhand eines Vergleichsversuchs näher erläutert, ein Beladungsvergleich kann Fig. 1 entnommen werden. Hierin ist die Lös- lichkeit Y von CO2 gegen den CO2-Partialdruck x im technischen Gas aufgetragen. Als Einheit von Y wird Ndm3/kg verwendet, der CO2-Partialdruck x ist in der Einheit bar angegeben. Die Lösung von H2N-(CH2)2-O(CH2)2-OCH3 wird in Fig. 1 als MDEGA bezeichnet.
[0011] Hierbei wurde eine Lösung bestehend aus 85 Gewichts-Prozent der Verbindung H2N-(CH2)2-O(CH2)2-OCH3 desweiteren enthaltend 15 Gewichts-Prozent des sekundären Amins Bismethyldiethylenglycolamin auf ihre Lösungskapazität für Sauergaskomponenten untersucht. Bei Versuchen zeigte sich nämlich in überraschender Weise, dass eine Lösung mit einem hohen Anteil von 85 Gewichts-Prozent H2N- (CH2)2-O(CH2)2-OCH3 und 15 Gewichts-Prozent Bismethyldiethylenglycolamin gegenüber einer Lösung, die überwiegend aus Bismethyldiethylenglycolamin besteht, eine bis zu 4 mal höhere Aufnahmekapazität für CO2 besitzt, woraus die Bedeutung eines möglichst hohen Anteils an H2N-(CH2)2-O(CH2)2-OCH3 für eine möglichst hohe Sauergasaufnahme erkennbar ist.
[0012] Verglichen wurde in Fig. 1 die 85 Gewichts-prozentige Lösung von H2N- (CH2)2-O(CH2)2-OCH3 mit einer 50 Gewichts-prozentigen MDEA-Lösung, die nach dem Stand der Technik als eines der für die CO2 Entfernung best-geeigneten Lösungsmittel betrachtet wird. Hierbei zeigte sich bei einem CO2-Partialdruck von 0,2 bis 2 bar eine um 30 bis 50 % höhere CO2-Aufnahme, bei 5 bis 10 bar eine um 50 % höhere CO2- Aufnahme und bei 20 bar CO2-Partialdruck sogar eine um 75 % höhere CO2-Auf- nahme für die 85 Gewichts-prozentige Lösung von H2N-(CH2)2-O(CH2)2-OCH3 gegenüber der 50 Gewichts-prozentigen MDEA-Lösung.
[0013] Durch das erfindungsgemäße Lösungsmittel werden ebenso auch andere Sauergaskomponenten, wie H2S, HCN, COS und Merkaptane absorbiert, was ein weiterer Vorteil der Erfindung ist.

Claims

Ansprüche
1. Verwendung einer Flüssigkeit zur Abtrennung von sauren Gasbestandteilen aus technischen Gasen, enthaltend » 0,1 bis 100 Gewichts-Prozent eines Amins oder mehrerer Amine der Formel
H2N-CH2(CHR2)x-(OCH2(CHR3)y)z-OR1. mit
R1: C1- bis C6-Alkyl R2: H oder CH3 R3: H oder CH3 x: 0 bis 3 y: 1 bis 3 z: 0 bis 10
• 0 bis 99,9 Gewichts-Prozent eines beliebigen weiteren Lösungsmittels ein- schließlich Wasser
2. Verwendung nach Anspruch 1 , wobei als R1 CH3 ausgewählt wird
3. Verwendung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei für x gleich 1 und für R2 gleich H ausgewählt werden.
4. Verwendung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei für x gleich 2 und für R2 gleich H ausgewählt werden.
5. Verwendung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei für y gleich 1 und für R3 gleich H ausgewählt werden.
6. Verwendung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei für z eine Zahl von 1 bis 4 ausgewählt wird.
7. Verwendung nach Anspruch 6, wobei für z gleich 1 ausgewählt wird.
8. Verwendung nach einem der Ansprüche 3 oder 4, wobei für z gleich 0 ausgewählt wird.
9. Verwendung nach Anspruch 2, wobei für x gleich 1 und für R2 gleich CH3 ausgewählt werden
10. Verwendung nach Anspruch 9, wobei für z gleich O ausgewählt wird.
11. Verwendung nach Anspruch 9, wobei für y gleich 1 , für R3 gleich CH3 und für z gleich 1 ausgewählt werden.
12. Verwendung nach einem der Ansprüche 1 bis 11 , wobei zumindest ein Teil des beliebigen weiteren Lösungsmittels aus Piperazin besteht.
13. Verwendung nach Anspruch 12, wobei der Anteil des Piperazins zwischen 0,1 und 10 Gewichts-Prozent liegt.
14. Flüssigkeit, enthaltend
• 0, 1 bis 99,9 Gewichts-Prozent eines Amins oder mehrerer Amine der Formel HzN-CHaCCHRzMOCHzCCHRaWz-OR!. mit
R1: C1- bis Ce-Alkyl R2: H oder CH3 R3: H oder CH3 x: 0 bis 3 y: 0 bis 3 z: 0 bis 10
• 0,1 bis 10 Gewichts-Prozent Piperazin
• 0 bis 99,8 Gewichts-Prozent eines beliebigen weiteren Lösungsmittels ein- schließlich Wasser
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